Demandez à trois ingénieurs quel transformateur est le « meilleur » pour un projet d’énergie renouvelable, et vous obtiendrez trois réponses différentes. Il n’y a pas de solution unique. Le choix de l’équipement dépend de la technologie de production, de la configuration de la centrale, du raccordement au réseau et du site lui-même. Un transformateur conçu pour un parc éolien offrira des performances médiocres — ou tombera en panne prématurément — s’il est installé dans une centrale solaire. Voici une présentation pratique des principales options, fondée sur les normes IEC 60076 et les données publiées par l’industrie.

Transformateurs secs ou à immersion dans un liquide

Tout commence par l’isolation et le refroidissement, car le reste en découle. Les transformateurs secs sont refroidis par air et isolés à la résine époxy, tandis que les unités à immersion utilisent de l’huile minérale ou un ester synthétique. L’huile est tout simplement plus performante en extérieur : elle dissipe la chaleur plus rapidement, supporte les surcharges et coûte moins cher par kVA. C’est pourquoi elle domine le marché des installations solaires et éoliennes terrestres à grande échelle. Les transformateurs secs s’imposent lorsque les risques d’incendie ou les contraintes de rétention d’huile posent problème, notamment en intérieur, en mer (offshore) ou sur des sites où l’espace est limité. Le revers de la médaille est le prix : il faut compter 40 à 80 % de plus pour une même puissance nominale (kVA).

Transformateurs pour parcs éoliens

L’éolien met les transformateurs à rude épreuve. La charge fluctue au gré des rafales, et l’équipement subit des cycles thermiques répétés tout au long de sa durée de vie de 25 ans. La norme IEC/IEEE 60076-16:2018 a été élaborée précisément pour répondre à ces contraintes. Elle couvre les transformateurs d’éoliennes d’une puissance comprise entre 100 kVA et 10 MVA et d’une tension allant jusqu’à 72,5 kV, incluant les corrections liées au refroidissement et les essais pour environnements électriques difficiles.

À terre, la configuration standard prévoit un transformateur par éolienne — environ 6,9 MVA pour une machine de 6,25 MW, élevant la tension de 0,69/0,96 kV à 10 ou 33 kV. La technologie à immersion dans un liquide est la norme dans ce cas. En mer, la logique s’inverse : on privilégie les transformateurs secs à résine moulée, car une seule fuite d’huile dans le milieu marin est inacceptable, et les modèles secs ne nécessitent pas de système d’extinction d’incendie. Les unités destinées aux installations offshore doivent être dotées d’une isolation de classe H, d’un indice de protection minimal IP54 et de revêtements anticorrosion appropriés.

Transformateurs pour parcs solaires

L’énergie solaire est moins contraignante pour les enroulements : la puissance de sortie reste stable tant que le soleil brille, ce qui rend les cycles thermiques moins sévères que dans le cas de l’éolien. Le véritable problème réside dans les harmoniques générées par les onduleurs. Deux solutions s’imposent. Premièrement, il convient de spécifier un couplage de type Dyn11, qui atténue les courants de troisième harmonique d’environ 92 % par rapport à un couplage Yyn0. Deuxièmement, il faut vérifier le facteur K : une valeur de K=10 est courante, tandis que K=13 est préconisé pour les sites présentant un taux d’harmoniques élevé. Le transformateur doit être dimensionné pour une puissance supérieure de 10 à 20 % à la puissance totale de sortie des onduleurs. Pour les centrales dépassant 5 MW, un poste compact de 10 kV ou 35 kV constitue généralement la solution la plus rationnelle. Les exigences relatives au maintien du fonctionnement en cas de défaut (Fault Ride-Through) sont moins strictement définies pour le solaire que pour l’éolien, ce qui simplifie la conception. Pour les centrales à grande échelle, la technologie à immersion dans un liquide reste la norme.

Normes et recherche

Le cadre normatif est encore en cours d’élaboration. La norme IEC 60076-1 définit les exigences générales ; l’IEC 60076-11 concerne les transformateurs secs ; l’IEC/IEEE 60076-16 régit les transformateurs pour éoliennes. La norme IEC 60076-17 — destinée aux applications photovoltaïques, au stockage par batterie, aux véhicules électriques et à l’hydrogène — est en cours d’élaboration. En attendant sa publication, la norme IEEE C57.159 comble ce vide pour le photovoltaïque décentralisé. Des travaux universitaires ont documenté le vieillissement thermique lié aux charges éoliennes cycliques ainsi que les phénomènes de résonance harmonique dans les grandes centrales photovoltaïques. Les transformateurs de collecte restent le segment du marché le moins normalisé : beaucoup utilisent des couplages étoile-étoile avec triangle enfoui (buried delta), des bobines de mise à la terre du neutre et des changeurs de prises en charge.

Tableau 1 : Comparaison des technologies de transformateurs pour les énergies renouvelables

Paramètre	Sec à résine coulée	Sec type VPI	Immergé dans un liquide
Isolation/refroidissement	Résine époxy	Imprégné sous vide	Huile ou ester
Tension typique	Jusqu’à 35 kV	Jusqu’à 35 kV	Jusqu’à 765 kV
Risque d’incendie	Très faible	Faible	Élevé avec huile minérale
Usage en intérieur	Standard	Standard	Restreint par la réglementation
Aptitude en mer (offshore)	Préféré	Adapté	Nécessite une rétention
Capacité de surcharge	Élevée à court terme	Modérée	Élevée
Rendement à pleine charge	98,0–99,2 %	98,0–99,2 %	98,5–99,7 %
Coût par rapport à l’huile	40–80 % plus élevé	40–80 % plus élevé	Référence
Maintenance	Minimale	Faible	Analyse de l’huile / contrôle des fuites
Meilleure application EnR	Éolien en mer, solaire en intérieur	Solaire commercial	Solaire de grande puissance, éolien terrestre

Tableau 2 : Configurations types de transformateurs pour les projets d’énergie renouvelable

Type de projet	Tension de production	Tension de collecte	Puissance d’élévation	Puissance de la sous-station	Type préféré
Éolien terrestre (20–200 MW)	0,69/0,96 kV	10/33 kV	1,5–10 MVA par éolienne	20–100 MVA	Immergé dans un liquide
Éolien en mer	0,69/0,96 kV	33/66 kV	5–15 MVA par éolienne	100–400 MVA	Sec à résine coulée
Solaire de grande puissance (10–200 MWc)	0,4–0,6 kV	33 kV	1–5 MVA par bloc	20–100 MVA	Immergé dans un liquide
Solaire commercial (0,5–5 MW)	0,4 kV	10/11 kV	0,5–5 MVA	N/A	VPI ou résine coulée
Stockage par batteries (10–100 MW)	0,4 kV	10–33 kV	1–5 MVA bidirectionnel	20–100 MVA	Immergé dans un liquide
Hybride éolien+solaire+stockage	Mixte	33 kV	Multi-enroulements	50–200 MVA	Immergé dans un liquide

L’essentiel

Le transformateur idéal est celui qui correspond à votre profil de service et à votre environnement ; rien de plus complexe que cela. Les modèles à bain d’huile constituent la solution de référence pour les installations solaires et éoliennes terrestres à grande échelle : ils offrent le coût par kVA le plus bas, les meilleures performances thermiques et la meilleure tolérance aux surcharges. Les transformateurs secs encapsulés en résine justifient leur surcoût en mer (offshore) et en intérieur, environnements où la sécurité incendie et la rétention d’huile sont primordiales. Les unités imprégnées sous vide (VPI) conviennent aux installations solaires commerciales. Quel que soit votre choix, vérifiez la conformité aux normes IEC 60076-16 (pour l’éolien) et IEEE C57.159 (pour le photovoltaïque décentralisé), ainsi qu’à la norme IEC 60076-17 dès sa publication. Établissez un cahier des charges précis dès le départ : ces équipements sont conçus pour fonctionner entre 25 et 40 ans, et il n’existe pas de solution économique pour corriger une erreur de choix initial.